CN112600558A - 一种模数转换的线性度校正方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种模数转换的线性度校正方法，使用片内ADC和片外ADC，对同一电路的电流或电压信号进行采样。使用CPU的DAC模块开环控制电流或电压信号，使其幅值在一定时间间隔逐步变化，直至覆盖整个工作范围。在此期间，对每一个DAC输出，都同时进行片内和片外的ADC转换，并计算二者的差值。最终把所有的差值视作数据表格都保存至CPU的片内Flash存储器内，进行持久性保存。实际应用时，只使用片内ADC转换器。对于每个转换结果，都从片内Flash对应地址取出偏差值，与当前数值进行加法运算，即可得出经过校正后的转换结果。把该结果送PID调节器进行计算并控制输出，即可得到较为精确的输出结果。
Description
技术领域
本发明涉及电池测试技术领域，尤其是一种模数转换的线性度校正方法和装置。
背景技术
模数转换器(ADC)是将一个输入电压信号转换为一个输出的数字信号的一种电子元件。广泛应用于各种电子系统中。
电池充放电控制器通过PID调节，控制输出电流大小，达到控制电池电压的目的。这个过程中，控制器中的核心CPU需要持续监测回路中的电流和输出电压。由于电流和电压是模拟量，但CPU属于数字器件，只能处理数字信号，因此需要ADC把电流和电压信号转换成数字量以供CPU处理，进行PID调节。
现代微型CPU一般都在内部集成了12位的SAR型模数转换器。但受成本限制、转换速度、制造工艺和实现原理等因素的影响，当输入信号为参考电压的1/2、1/4、3/4等值附近时，片内SAR转换器的转换结果存在较大偏差。
片外型SAR模数转换器，成本较高，但性能较片内SAR有大幅度提升。输入信号在1/2、1/4、3/4等值附近时，输出仍然比较精确。
发明内容
本发明针对背景技术中存在的问题，提出了一种模数转换的线性度校正方法和装置。
本发明首先公开了一种模数转换的线性度校正方法，基于包含片内模数转换器ADC的微型处理器CPU，所述方法增加片外ADC，具体包括以下步骤：
S1、使用片内ADC和片外ADC同时对同一电路信号进行采样；
S2、控制采样幅值逐步变化，覆盖整个工作范围；
S3、记录片内ADC和片外ADC的转换结果，并计算差值；
S4、将片内ADC转换结果-差值作为数据表存入CPU的片内存储器；
S5、正常工作状态中，使用片内ADC进行模数转换，获得转换结果；
S6、基于S4中的数据表，以S5获得的转换结果作为索引，寻址得到差值，将该差值与S5获得的转换结果做加法修正，获得片外ADC转换结果；
S7、使用片外ADC转换结果作为最终的模数转换输出。
优选的，S2中，使用CPU的数模转换模块DAC开环控制电流或电压信号，使其幅值一定时间间隔逐步变化，直至覆盖整个工作范围。
优选的，S3中，每次DAC的输出值更新20ms后，同时开启片内ADC和片外ADC，对当前输出值进行采样和转换。
本发明公开了另一种模数转换的线性度校正方法，基于包含片内模数转换器ADC的微型处理器CPU，所述方法增加片外ADC，具体包括以下步骤：
S1、使用片内ADC和片外ADC同时对同一电路信号进行采样；
S2、控制采样幅值逐步变化，覆盖整个工作范围；
S3、记录片内ADC和片外ADC的转换结果；
S4、将片内ADC转换结果-片外ADC转换结果作为数据表存入CPU的片内存储器；
S5、正常工作状态中，使用片内ADC进行模数转换，获得转换结果；
S6、基于S4中的数据表，以S5获得的转换结果作为索引，寻址得到片外ADC转换结果；
S7、使用片外ADC转换结果作为最终的模数转换输出。
优选的，S2中，使用CPU的数模转换模块DAC开环控制电流或电压信号，使其幅值一定时间间隔逐步变化，直至覆盖整个工作范围。
优选的，S3中，每次DAC的输出值更新20ms后，同时开启片内ADC和片外ADC，对当前输出值进行采样和转换。
本发明还公开了一种模数转换的线性度校正装置，用于实现本发明所公开的模数转换的线性度校正方法，校正装置包括功率控制回路、采样电阻、信号调理电路、片外ADC，CPU的片内DAC连接功率控制回路；采样电阻作为功率控制回路的负载，把需要测量的电压或电流信号初步转换成ADC可以识别的信号；采样电阻连接信号调理电路，信号调理电路用于去除采样电阻两端的噪声；信号调理电路连接片外ADC和CPU的片内ADC；片外ADC通过SPI总线与CPU连接，CPU的片内存储器存储片外ADC和片内ADC的数据。
优选的，所述片内存储器为FLASH存储器。
优选的，所述片外ADC为可插拔式，获取数据表存入CPU的片内存储器后，片外ADC自CPU上拔除。
优选的，所述采样电阻为分压电阻网络或高精度分流器。
本发明的有益效果
1)，用片内DAC开环控制输出信号，片内ADC和片外ADC同步采样转换并得到校正值。
2)，以片内ADC转换值(12bit)作为索引，寻址得到更高精度的校正值(16bit)。
3)，电流信号和电压信号均可适用。
附图说明
图1为本发明的装置电路框图
图2为实施例中功率控制回路的电路图
图3为实施例中信号调理电路的电路图
图4为校准前的部分片内AD数据示例图
图5为校准后的部分实际输出数据示例图
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围不限于此：
结合图1，一种模数转换的线性度校正装置，包括功率控制回路、采样电阻、信号调理电路、片外ADC，CPU的片内DAC连接功率控制回路；采样电阻作为功率控制回路的负载，把需要测量的电压或电流信号初步转换成ADC可以识别的信号；采样电阻连接信号调理电路，信号调理电路用于去除采样电阻两端的噪声，需要的时候，可以进一步放大或缩小采样信号幅值；信号调理电路连接片外ADC和CPU的片内ADC；片外ADC通过SPI总线与CPU连接，CPU的片内存储器存储片外ADC和片内ADC的数据。
图2给出了一个典型的功率输出回路，片内DAC输出经过低通滤波后，输入到U2，经转换后以差分信号的形式输入到运放U1，经U1放大后输出至后级电路。
图3给出了一个典型的电流采样调理电路，IA+和IA-接在分流器两端，差分电压经滤波后输入到运放，经运放缩小若干倍后，再经低通滤波分别输入到片内ADC和片外ADC。
优选的实施例中，所述片内存储器为FLASH存储器。
优选的实施例中，所述片外ADC为可插拔式，获取数据表存入CPU的片内存储器后，片外ADC自CPU上拔除。该实施例中，片外ADC仅在校准时使用。校准完成后，正常工作时，CPU根据片内ADC的转换结果和内存储器内的值即可计算出更为精确的实际值。
优选的实施例中，如果被测信号是电压，那么采样电阻就是分压电阻网络。如果被测信号是电流，采样电阻就是高精度分流器。电流信号和电压信号均可适用。
本发明提出了第一种模数转换的线性度校正方法，基于包含片内模数转换器ADC的微型处理器CPU，所述方法增加片外ADC，具体包括以下步骤：
S1、使用片内ADC和片外ADC同时对同一电路信号进行采样；
S2、控制采样幅值逐步变化，覆盖整个工作范围；优选的实施例中，使用片内12位分辨率的DAC模块，直接开环控制功率回路；以50ms为间隔，控制输出值从0到4095变化，从而使采样幅值逐步变化并覆盖整个工作范围；
整个过程大约持续200秒；
S3、记录片内ADC和片外ADC的转换结果；优选的实施例中，每次DAC输出值更新20ms之后，同时开启片内ADC和片外ADC，对当前输出值进行采样和转换；片内ADC的转换结果可直接读取ADC模块的DR寄存器；片外ADC的转换结果可通过SPI总线通信获取；
S4、将片内ADC转换结果-片外ADC转换结果作为数据表存入CPU的片内存储器；以12位的片内ADC为例，共记录4096个数据；
S5、正常工作状态中，使用片内ADC进行模数转换，获得转换结果；
S6、基于S4中的数据表，以S5获得的转换结果作为索引，寻址得到片外ADC转换结果；
S7、使用片外ADC转换结果作为最终的模数转换输出。
本发明提出了第二种模数转换的线性度校正方法，基于包含片内模数转换器ADC的微型处理器CPU，所述方法增加片外ADC，具体包括以下步骤：
S1、使用片内ADC和片外ADC同时对同一电路信号进行采样；
S2、控制采样幅值逐步变化，覆盖整个工作范围；优选的实施例中，使用片内12位分辨率的DAC模块，直接开环控制功率回路；以50ms为间隔，控制输出值从0到4095变化，从而使采样幅值逐步变化并覆盖整个工作范围；
整个过程大约持续200秒；
S3、记录片内ADC和片外ADC的转换结果，并计算差值；优选的实施例中，每次DAC输出值更新20ms之后，同时开启片内ADC和片外ADC，对当前输出值进行采样和转换；片内ADC的转换结果可直接读取ADC模块的DR寄存器；片外ADC的转换结果可通过SPI总线通信获取；
S4、将片内ADC转换结果-差值作为数据表存入CPU的片内存储器；以12位的片内ADC为例，共记录4096个数据；
S5、正常工作状态中，使用片内ADC进行模数转换，获得转换结果；
S6、基于S4中的数据表，以S5获得的转换结果作为索引，寻址得到差值，将该差值与S5获得的转换结果做加法修正，获得片外ADC转换结果；
S7、使用片外ADC转换结果作为最终的模数转换输出。
该方法相较于第一种方法的优势在于，片外ADC的转换结果精度(16bit)高于片内ADC(12bit)，第一种方法直接存储片外ADC的转换结果需要2个字节。而第二种方法存储片外ADC和片内ADC的差值仅需1字节，减少了存储空间。
本发明以片内ADC转换值(12bit)作为索引，寻址得到更高精度的校正值(16bit)。如图4和图5所示，从图4中可以看出，当输入信号为参考电压的1/2值附近时，片内SAR转换器的转换结果存在明显偏差。如图5所示，采用本发明的方案，经校准后输出精确。
基于本发明方案，片外ADC作为可插拔式工装，仅在校准时使用，校准后拆除。片外型SAR模数转换器可反复循环使用，降低了生产成本，保证了转换精度。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神做举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (10)
1.一种模数转换的线性度校正方法，基于包含片内模数转换器ADC的微型处理器CPU，其特征在于所述方法增加片外ADC，具体包括以下步骤：
S1、使用片内ADC和片外ADC同时对同一电路信号进行采样；
S2、控制采样幅值逐步变化，覆盖整个工作范围；
S3、记录片内ADC和片外ADC的转换结果，并计算差值；
S4、将片内ADC转换结果-差值作为数据表存入CPU的片内存储器；
S5、正常工作状态中，使用片内ADC进行模数转换，获得转换结果；
S6、基于S4中的数据表，以S5获得的转换结果作为索引，寻址得到差值，将该差值与S5获得的转换结果做加法修正，获得片外ADC转换结果；
S7、使用片外ADC转换结果作为最终的模数转换输出。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于S2中，使用CPU的数模转换模块DAC开环控制电流或电压信号，使其幅值一定时间间隔逐步变化，直至覆盖整个工作范围。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于S3中，每次DAC的输出值更新20ms后，同时开启片内ADC和片外ADC，对当前输出值进行采样和转换。
4.一种模数转换的线性度校正方法，基于包含片内模数转换器ADC的微型处理器CPU，其特征在于所述方法增加片外ADC，具体包括以下步骤：
S1、使用片内ADC和片外ADC同时对同一电路信号进行采样；
S2、控制采样幅值逐步变化，覆盖整个工作范围；
S3、记录片内ADC和片外ADC的转换结果；
S4、将片内ADC转换结果-片外ADC转换结果作为数据表存入CPU的片内存储器；
S5、正常工作状态中，使用片内ADC进行模数转换，获得转换结果；
S6、基于S4中的数据表，以S5获得的转换结果作为索引，寻址得到片外ADC转换结果；
S7、使用片外ADC转换结果作为最终的模数转换输出。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于S2中，使用CPU的数模转换模块DAC开环控制电流或电压信号，使其幅值一定时间间隔逐步变化，直至覆盖整个工作范围。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于S3中，每次DAC的输出值更新20ms后，同时开启片内ADC和片外ADC，对当前输出值进行采样和转换。
7.一种模数转换的线性度校正装置，用于实现权利要求1-6任一项所述的一种模数转换的线性度校正方法，其特征在于校正装置包括功率控制回路、采样电阻、信号调理电路、片外ADC，CPU的片内DAC连接功率控制回路；采样电阻作为功率控制回路的负载，把需要测量的电压或电流信号初步转换成ADC可以识别的信号；采样电阻连接信号调理电路，信号调理电路用于去除采样电阻两端的噪声；信号调理电路连接片外ADC和CPU的片内ADC；片外ADC通过SPI总线与CPU连接，CPU的片内存储器存储片外ADC和片内ADC的数据。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于所述片内存储器为FLASH存储器。
9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于所述片外ADC为可插拔式，获取数据表存入CPU的片内存储器后，片外ADC自CPU上拔除。
10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于所述采样电阻为分压电阻网络或高精度分流器。
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